mercredi 9 octobre 2013

[TUTO] Le FPV c'est quoi ?

Le vol en immersion, qu'est ce que c'est que ca ?

Le terme anglais "FPV" ou "First Person View" signifie littéralement "vue à la première personne", le principe est simple: on visionne grâce à un support vidéo quelconque l'image retransmise par une caméra qui se situe à bord d'un appareil radio-commandé. C'est une discipline de l'aéromodélisme qui à débuté au début des années 2000, et qui s'est très fortement développé depuis, avec du matériel à la base inexistant désormais disponible un peu partout, performant, il existe même des modèles FPV prêt a voler !

Le vol en immersion peut être subdivisé en 2 catégories majeurs:
- Le FPV pour le travail aérien
- Le FPV pour les aéromodélistes

Dans le premier cas, le vol en immersion permet simplement de cadrer les prises de vues, souvent le pilote dirige son modèle à vue, tandis qu'un assistant second contrôle la caméra qui lui retransmet l'image en direct. 

Dans le deuxième cas, le vol en immersion est un moyen à moindre coût de ressentir des sensations proches du vol grandeur.

Le pilotage en immersion se rapproche énormément du vol grandeur, les sensations physiques en moins, une liberté de mouvement réduite et des réactions plus vives du modèle.

Dans ce Tuto, je vais tenter de vous aider à comprendre les bases du vol en immersion, et savoir si le vol en immersion est vraiment fait pour vous



FPV ET LEGISLATION


Comme toujours le point sur la règlementation concernant les modèles réduits pilotés en immersion. Le vol en immersion est reconnu depuis peu d'années par la FFAM (Fédération Française d'AéroModélisme), les règles que je vais énoncer ci dessous ne sont applicables que sur un terrain affilié à la FFAM (club d'aéromodélisme), hors terrain FFAM, c'est la législation des drones qui s'applique.

Ce que la FFAM dit : 
Tout télépilote se servant d'une image retransmise depuis un aéromodèle non habité comme moyen de navigation est tenue de se soumettre aux règles imposé aux aéromodèles pilotés en vol a vue (altitude de vol sous 150m sauf dérogation, distance de vol maximal dépendant du terrain de vol du club..), à sa se rajoute l'obligation pour tout pratiquant du vol en immersion l'obligation de piloter en double commande (dans ce cas, la radio "maître" doit être celle du copilote qui garde le modèle à vue direct) et pour que cette mesure soit efficace, l'aéromodèle doit impérativement rester a vue du pilote.

Concernant la législation des drones, imposés depuis Avril 2012, celle ci impose pour les multirotors de moins de 2kg :
- une distance de vol maximal limité à 400 mètres
- une altitude maximal de 100 mètres

NB: il est toujours bon de connaître la règlementation officielle, cependant je ne vous cacherais pas que peu voir aucun des pilotes de vol en immersion ne respectent entièrement cette dernière, une discussion est en cours avec la FFAM pour ne plus imposer la double commande (trop contraignante et généralement peu efficace).

A chacun d'évaluer les risques de ce qu'il fait et d'assumer les conséquences en cas de "pépin" !

Les fréquences sont elles aussi soumises à des limitations, à savoir 25mW pour le 5.8Ghz et 10mW pour le 2.4 Ghz outdoor (100mW en indoor...) pour l'usage FPV. Les autres fréquences par exemple le 1.2ghz ne sont guère limité en puissance de rayonnement, cependant elles requiert une licence radio amateur.


LE MATERIEL NECESSAIRE

Le matériel nécessaire peut paraître monstrueux au premiers abords, cependant il faut savoir que beaucoup de pilotes de vol en immersion embarques à bord de leurs modèles du matériel qui n'est pas utile au début, ni même après ! (juste pour la frime quoi lol)

La base de l'équipement c'est : 
- une caméra CCD ou CCD killer (CMOS dernière génération) de petite taille
- un émetteur vidéo (VTX) + son antenne omnidirectionnelle (de type Spironet ou PinWheel)
- un récepteur vidéo (VRX) + son antenne
- un écran, PC ou des lunettes vidéos
- une petite lipo pour alimenter la caméra et le transmetteur 
- une lipo pour alimenter l'écran, et le récepteur.

Il existe pas mal de kits complets chinois émetteur(Tx)/récepteur(Rx)/caméra qui permettent de savoir si le vol en immersion vous plait vraiment. Ne pas oublier que le prix est généralement en rapport avec la qualité. 

Il est possible d’acquérir un set FPV complet (caméra+tx+rx+lipo+écran) pour moins de 150 euros. Pour moins cher, il est possible d’acquérir un easycap USB, celui ci permet de transformer des données camera en des données USB, et permet l'affichage de l'image de la caméra en direct sur un PC/Mac avec un logiciel tel que UleadStudio

Les performances en terme de distance et de qualité d'image varie énormément d'un kit à l'autre, d'une fréquence à l'autre.

Pour la qualité de transmission (distance) il faut la plupart du temps travailler les antennes (de réception et d'émission) dont je parlerais dans le chapitre "fréquence vidéo et qualité de transmission". Pour la qualité d'image, la fréquence vidéo, le frame rate et la résolution de la caméra joue énormément.

A noter qu'il existe des "headtracker" qui en couple avec 2 servos sur un "pan tilt" permettent de suivre les mouvements de la tête ce qui renforce l'impression d'être a bord du modèle, cela impose néanmoins le port de lunettes vidéos.

En bref pour débuter dans le FPV, c'est moins compliqué qu'il n'y paraît, les prix de 1 000 euros pour un kit complet datent d'il y a quelques années, le marché s'étant diversifié et les produits s'étant amélioré, les prix ont chuté.



MODES D'AFFICHAGE DE L'IMAGE

Il existe trois principaux mode d'affichage de l'image, à savoir:
- les lunettes vidéo
- les écrans vidéo
- les ordinateurs

Chacun de ces moyens d'affichage ont leurs avantages et inconvénients, je vous propose les grandes lignes..

Les lunettes vidéos
Certainement le moyen le plus utilisé pour la visualisation de l'image de la caméra, les raisons sont multiples, entre autre le côté pratique des lunettes vidéo, il faut citer la capacité de celles ci à intégrer un récepteur vidéo (ex: fatshark predator, V eyes, GS920..), il est ainsi possible de piloter avec uniquement des lunettes, une radio et le modèle.

Il existe évidemment des versions dites pour les "stations fpv", pour ceux qui ont déjà un récepteur plus performant que celui intégré dans les lunettes, ou alors un récepteur diversity ou un antenna tracker..

Ces deux types de lunettes ont en commun l'avantage d'une isolation quasi totale de la lumière (sauf pour ceux qui ont choisis des lunettes non dédié au FPV, tel que les wrap920), une impression "d'immersion" plus grande (parfois même jusqu’à en perdre l'équilibre) et un encombrement réduit. On a l'impression d'avoir un grand écran a 2 ou 3 mètres de soi grâce aux optiques internes.

A noter que la plupart des lunettes vidéo FPV ont une résolution VGA standard de 640x480.


Les écrans
Les écrans, souvent utilisé en immersion ont l'avantage indéniable du coût réduit par rapport aux lunettes vidéo. Ils permettent dans certains cas d'obtenir une image plus jolie que dans les lunettes (du moins plus fines) si la caméra possède une résolution suffisante. Avec une bonne installation il est possible d'être complètement isolé du soleil, en plaçant la tête dans un carton avec l'écran placé au fond par exemple, elle limite cependant les mouvements de tête.

Certaines personnes disent préférer ce moyen aux lunettes car ils ressentent la même impression d'immersion, cela dépend des personnes.

Les ordinateurs
Les ordinateurs portables permettent également la visualisation de l'image, et les règles sont les mêmes qu'avec un écran, avec la possibilité d'enregistrement de la vidéo en direct, mais un encombrement plus important. A noter qu'il existe des enregistreurs comme les Archos AV qui permettent de visualiser et d'enregistrer l'image en direct, cependant il y a souvent un rafraichissement d'image peu performant et gênant le vol.

Alors...lequel choisir ??
Personnellement ayant testé les 2 (écran et PC), j'utilise personnellement surtout les lunettes vidéos, en parallèle j'ai toujours un écran qui permet au copilote ou spectateurs de visualiser eux aussi l'image ou alors de filmer mes vols, ou de décoller et atterrir plus facilement.

Je trouve que les lunettes donnent vraiment une impression d'immersion plus grande, mais ont l’inconvénient d'empêcher un atterrissage/décollage a vue aisé (il faut enlever les lunettes, et quand on est myope..), l'orientation par rapport à la machine est également plus délicate.

Pour débuter, je recommande un écran 7 pouces, polyvalent et qui permet de garder toujours un œil sur le modèle qui vous verrez est vraiment utile voir indispensable au début.

A noter que pour beaucoup voler directement en "immersion totale" (toujours en regardant a travers la caméra) permettrait de prendre plus rapidement les habitudes de vol. 

Question de préférence je dirais au final !



FREQUENCES ET PUISSANCES

Chaque nouveau pilote de vol en immersion doit choisir dans sont kit de base une fréquence et une puissance, sachant que cela influera sur la portée, la qualité d'image etc

Premièrement il faut savoir qu'il existe 4 grandes fréquences dans le vol en immersion :
- le 900Mhz
- le 1.2 Ghz
- le 2.4 Ghz
- le 5.8 Ghz

Chaque fréquence a un émetteur et un récepteur correspondant, ainsi que leurs antennes propres. Plus la fréquence est élevé plus l'antenne sera petite.

Voyons maintenant les avantages de chaque fréquences.

Tout d'abord le 900Mhz, il existe en général une plage de fréquence allant de 900 à 1080Mhz, on choisis le canal le plus adapté a sa zone de vol. C'est une fréquence qui est sujet a des interférences par les GSM et antennes relais dans les fréquences les plus basse. Elle interfère également avec les antennes GPS (pour les OSD et autopilotes) dans certains cas en cas de mauvais positionnement des antennes et du transmetteur. Cependant c'est également la fréquence la moins sensible aux obstacles (arbres, bâtiments, humidité..), qui a puissance égale devrait obtenir la distance de transmission la plus grande, je dis "devrait" car il faut savoir que les meilleurs récepteurs proposé pour cette fréquence ont une sensibilité inférieure à celle des autres fréquences, on perd des gains, la distance se réduit d'autant.


A savoir également que la qualité d'image diminue avec une baisse de fréquence.
==> Cette fréquence est interdite en France pour le FPV car réservée pour les GSM

Le 1.2 Ghz, je dirais la fréquence la plus utilisé par les immersistes. Les récepteurs sont bien développées (ex : lawmate) et ont une bonne sensibilité. C'est LA fréquence utilisée pour le vol de distance, elle est peu sensible aux obstacles et dispose d'une image sensiblement meilleur que le 900Mhz.


Attention aux harmoniques de fréquences si vous utilisez une radio en 2.4ghz, le transmetteur peut brouiller le récepteur radio a bord du modèle. Idéalement utilisez les fréquences les plus basses (1160) ou haute (1360) ainsi qu'un filtre de fréquence pour éviter les surprises.

[fréquence interdite pour le FPV sauf si on possède une licence radio amateur]

Le 2.4 Ghz, fréquence couramment utilisé pour le vol en immersion, mais qui a l'inconvénient d'être incompatible avec les radio en 2.4ghz, a savoir que si vous utilisez un transmetteur vidéo en 2.4ghz, vous avez toutes les chances de réduire considérablement la portée de votre radio, et aussi celle des autres pilotes, et sur votre image vous aurez des parasites si le récepteur vidéo ne dispose pas d'un filtre adéquate. C'est donc une bonne fréquence si vous utilisez une radio FM ou une radio avec un module UHF. A notez que l'image est sensiblement meilleur qu'avec les fréquences précédentes.

Le 5.8 Ghz, fréquence de plus en plus utilisée car plutôt libre des parasites externes. Cependant il s'agit également de la fréquence la plus sensible aux obstacles, et extrêmement sensible a l'humidité de l'air ambiante et celle qui donnera a puissance égale la portée la plus faible. En contrepartie l'image est meilleur qu'avec toutes les autres fréquences.

Notez qu'il existe un vaste choix d'antennes pour cette fréquence comme pour le 2.4 Ghz. Cette fréquence ne parasite pas les radios.

Alors au final quelle fréquence choisir ? Cela dépend beaucoup de votre budget, de votre objectif. Je dirais que pour le vol de distance optez pour le 1.2 Ghz, pour le reste toutes les fréquences sont a votre disposition, a notez que le prix des équipements monte avec la fréquence. Cela dépend également de l'émetteur que vous souhaitez utiliser Smile

A noter que l'installation sur votre machine est LE point à ne pas négliger : du super matos mal installé et vous ne dépassera pas les 50 mètres, alors qu'à l'inverse un matos de qualité standard avec une installation soignée vous permettra d'atteindre plus de 1 km (en 5,8 Ghz) !



Voici quelques conseils (pour un MultiRotor / Quadricoptère)

  • Le VTx doit être placé à la verticale et parfois donne de meilleurs résultats avec la tête en bas (notamment avec une PinWheel ou une Spironet)
  • Utiliser de bonnes antennes : Pinwheel, Spironet ou Helix
  • Eviter de manipuler les antennes par les lobes 
  • Ne pas centrer le VTx au milieu de l'engin : le rayonnement du signal est moins bon car gêné par la frame
  • L'éloigner autant que possible des ESC, GPS et Rx Radio qui génèrent des parasites 
  • Savoir sur quelle frequence le VTX à de meilleur résultat et toutes les tester pour définir celle qui donne les meilleurs résultats (portée, qualité du signal, etc...)
  • Isoler les radiateurs et l'"électro du vtx du carbone de l'alu (ne pas coller le VTx directement sur la frame, il faut qu'il soit isolé soit par de la gaine thermo, soit par du velcro, etc ... Bref, le VTX ne doit pas recevoir de parasite 
  • Soigner ses connections et ses soudures 
  • Eviter les masses communes (surtout avec les OSD avec lequels, il peut y avoir de fort courant par le capteur de courant )
  • Utiliser des bec de qualités pour alimenter les VTx 
  • Sécuriser les connexions des caméras avec de la colle chaude (c'est tout bête mais très utile)
  • Torsader ses fils ou utiliser du fils blindés (un vrai câble vidéo blindé à toujours la masse autour du signal vidéo pas à côté! )
  • Séparer au maximum les câbles qui n'ont pas la même fonction et jamais côte à côte 


LES TYPES DE VOLS FPV

Il existe différents types de vols FPV, a savoir le vol type "multi", le vol poursuite, le vol de découverte, le vol mixé et évidemment le vol a distance Smile

Le premier type, le vol "multi" est le vol effectué à l'aide d'un multicoptère (tri, quadri, hexa, octo et plus), beaucoup de stationnaire, de l'exploration, des vols entre les arbres sous des obstacles, filmer un paysage ou un autre modèle, tel sont les capacités d'un multi. Ce dernier est cependant limité de par sa structure dès qu'il s'agit d'explorer un peu plus loin, il est également plus difficile de suivre un avion car nous sommes obligés de pencher le mutli vers l'avant pour translater.

Le vol poursuite, généralement effectué à 2 voir plus, consiste à suivre le multi d'un copain avec son modèle en FPV comme si nous étions en vol de patrouille. C'est vraiment fun, il faut cependant respecter certaines règles de base, à savoir si vous êtes sur la bande 5.8ghz, éloigner au maximum vos deux fréquences vidéos (ex canal 1 et Coolpour éviter les perturbations vidéos qui peuvent êtres sévères voir fatal. Même chose pour pour la radio, si vous volez en UHF vérifier que les portée n'ont pas étés diminués en faisant un contrôle de portée au sol, si vous utilisez 2 marques "cheap" de radio en 2.4 Ghz vérifiez que ces deux ne n’interfèrent pas, enfin respectez en vol une distance de sécurité entre les deux modèles, essayez de faire en sorte que le modèle qui suit soit plus haut ou plus bas que le celui de devant !

Ensuite profitez, c'est une expérience grisante !

Pour le vol de découverte, il s'agit d'explorer un peu plus loin ou haut les alentours, a des distances ne dépassant généralement pas les 2 km, suivre des oiseaux, un cours d'eau ou autre, longer les montagnes, visiter les nuages en font partis. C'est un type de vol qui peut également être effectué en vol de distance ou poursuite.

Le vol mixe consiste simplement à mêler plusieurs types de vol, par exemple aller découvrir le lac d'en face puis revenir pour suivre l'avion d'un copain (par forcément en FPV), un peu d’acrobaties puis c'est parti pour un peu d'altitude..il n'y a comme limite que votre imagination (et le matériel évidemment)

Le vol longue distance est objet de fascination pour beaucoup, le principe est simple: parcourir avec son modèle une distance supérieur à 5km, soit en ligne droite, soit sur les côtés et très peu derrière (utilisation d'un antenna tracker indispensable dans ce cas). A noter que le multi ne convient pas a ce type de vol. Ce type de vol requiert UNE GRANDE EXPERIENCE DU VOL EN IMMERSION, en effet il est courant d'avoir un imprévu pendant le vol, par exemple un vent de front qui se lève et qui empêche l'avion de revenir a bon port. Les vols de distance durent en général plus de 20 minutes jusqu'à plusieurs heures, il demandent une concentration a toute épreuve pour conserver une sécurité maximale, ils peuvent être épuisants ce qui renforce le danger de perte ou d'accident. Si pour les type de vol précédents certaines équipement étaient inutile ou non obligatoire, dans le cas du vol de distance il est quasiment obligatoire d'avoir : 

- Un OSD qui indiquera la direction et la distance par rapport à soi, il est possible de se repérer par rapport au paysage (en ayant préalablement organiser le vol avec google map), mais il ne faut pas négliger l’éblouissement du soleil et la fatigue du vol a distance, un OSD facilite grandement les choses et permet un vol plus reposant, et plus de sécurité surtout dans les coins inconnus, cependant le fait d'en avoir un ne veut pas dire qu'on peut somnoler pendant le vol !

- Un module UHF, chèr, parfois compliqué à installer, nécessitant "normalement" une licence radio amateur. Ce qui est surtout un frein financier

- Un équipement Tx/Rx PUISSANT et de TRES BONNES ANTENNES surtout. Le 25mW 5.8Ghz ou le 10mW 2.4 Ghz ne peut convenir pour ce type de vol, vous serez donc obligatoirement "hors la loi" comme beaucoup.

- Une électronique a bord de l'avion FIABLE, en effet un moteur défaillant ou un servo qui lâche en vol peut s'avérer fatale à distance, alors qu'a proximité on peut encore sauver le modèle.

- Un autopilote avec fonction RTH (Retour a la Maison ou au point de départ), cet outil n'est pas indispensable mais fortement recommandé, il permet en cas de perte du signal radio de faire revenir l'avion tout seul, ces modules intègrent généralement un mode qui permet a l'avion de maintenir une altitude et un cap, c'est rassurant voire magique : la machine rentre toute seule à la maison :-)

Il ne faut cependant pas se reposer sur ce système qui peut toujours être défaillant.

- Un avion capable de parcourir ces distances, et donc d'emporter des packs d'accus conséquents (au moins 5 000 mAh jusqu'à 22 000 mAh), prenez en compte l'autonomie du modèle, sa consommation, sa vitesse etc

- Un pilote préparé mentalement, il faut pouvoir a tout moment savoir si on a assez de batterie pour rentrer en sécurité (il ne faut pas dépasser 40% de la capacité de la batterie pour le vol d'aller, quand il n'y a pas de vent).

On ne le dit pas assez mais le VENT est un facteur déterminant, ne VOLEZ PAS SI LE VENT EST IMPREVISIBLE OU QU'IL DEPASSE LES 20KM/H !!! Le vent en altitude est toujours supérieur a celui au sol, il peut empêcher votre avion de revenir.

Par sécurité, volez toujours contre le vent à l'aller, cela permet de revenir bien plus vite. 

N'oubliez pas que les arbres au sol ne sont pas des obstacles à la transmission radio et vidéo à courte de distance le sont a longue distance, il faut voler a haute altitude, au moins 500m pour 10km..

En bref, soyez toujours préparé avant un vol de distance, et ne vous fiez jamais entièrement au matériel !

Pour finir, voila quelques vidéos réalisées par des "As" du FPV, je parle bien sur de la TBS (Team Black Sheep) :

New York :


Golden Gate :

Tahiti :